УДК 66.017

A.Л.Асеев, д-р физ.-мат. наук, член-корр. РАН, проф., B.П.Попов, канд. физ.-мат. наук, Институт физики полупроводников СО РАН (г. Новосибирск),

В.П.Володин, В.Н.Марютин, МО РФ

Перспективы применения структур кремний-на-изоляторе в микро-, наноэлектронике и микросистемной технике

Проведен анализ причин перехода кремниевой микро- и наноэлектроники на структуры кремний-на-изоляторе (КНИ). На примере разработок ИФП СО РАН показаны преимущества и недостатки КНИ-технологии при разработке и изготовлении КНИ-приборов для микро- и оптоэлектроники, сенсоров и нанотранзисторов. Дан анализ перспективных применений КНИ-структур для интегрированных систем-на-чипе. Предполагается быстрый рост производства КНИ-структур на высоомной подложке из высококачественного кремния для микросхем со встроенным радиоканалом.

Введение

Методы производства КНИ-структур

КНИ-структуры в технологии СБИС

КНИ-структуры в технологии нанотранзисторов

КНИ-структуры в экстремальной электронике

Высокочастотные приборы на КНИ-структурах

Оптоэлектронные ключи, актюаторы и сенсоры на КНИ-структурах

КНИ-структуры для систем-на-чипе

Заключение

Введение

Полупроводниковый кремний на протяжении 50 лет является основным материалом твердотельной электроники. По прогнозам экспертов, он сохранит свое лидирующее положение в ближайшие 40 лет в микроэлектронике, силовой электронике и таких новых быстроразвивающихся областях, как телекоммуникационная электроника, солнечная энергетика, микромеханика и др. Проблемы с теплоотводом в высокопроизводительных кремниевых интегральных схемах (ИС) с увеличением тактовой частоты в гигагерцовой области выдвинули технологию кремний-на-изоляторе (КНИ) в качестве главной альтернативы обычной кремниевой технологии. В последние годы в США, Японии, Франции и ряде других стран дальнего зарубежья проводится интенсивный целенаправленный научно-технический поиск в области разработки технологий изготовления высокопроизводительных многофункциональных систем на базе структур КНИ.

КНИ-технология рядом ведущих мировых фирм (IBM, AMD, Motorolla) выбрана генеральным направлением развития кремниевой микроэлектроники, обеспечивающей наибольшие преимущества при создании сверхбыстрых транзисторов (например, 3,3 ТГц в варианте IBM) и ультрабольших интегральных схем (УБИС). Результаты этих исследований практически закрыты, поскольку одновременно затрагиваются аспекты двойного применения, такие как обеспечение радиационной и термической стойкости. Ограничен экспорт как КНИ-ИС, так и КНИ-пластин. По коммерческим каналам в Россию поставляются намеренно непригодные для создания радиационностойких СБИС КНИ-структуры, скрываются существенные результаты, важные для разработки библиотечных элементов для КНИ-ИС.

Известно, что в этих выдвинувшихся на первые позиции странах ежегодно выделяется около миллиарда долларов на проведение поисковых исследований и разработку технологий изготовления однокристальных многофункциональных устройств на основе БиКМОП КНИ-процессов.

Целью настоящей статьи будет анализ причин перехода кремниевой микроэлектроники на КНИ-технологию на основе опыта, полученного в ходе реализации программ по разработке технологий создания КНИ-структур и приборов в Институте физики полупроводников Сибирского Отделения РАН.

Методы производства КНИ-структур

Известно, что переход от кремниевых пластин, в том числе с эпитаксиальным слоем, на КНИ-структуры при производстве большого класса полупроводниковых приборов и микросхем дает заметные преимущества по сравнению с объемным материалом и, в частности, снижение потребляемой мощности и увеличение быстродействия. Для производства СБИС используются два основных метода изготовления КНИ-пластин (зарубежное название Silicon On Insulator – SOI):

· имплантационный метод – внедрение в глубину кристалла ионов кислорода (Silicon Implanted by Oxygen – SIMOX) с последующим синтезом скрытого оксида при высокотемпературном (> 1300°С) отжиге;

· прямое сращивание (бондинг) облученной водородом донорной окисленной пластины кремния с опорной подложкой с последующим почти полным удалением донорной пластины путем ее скалывания имплантированным водородом (метод водородного переноса кремния с оксидом Smart-Cut^® SOI [1]).

В Институте физики полупроводников СО РАН в 1996-2001 гг. была разработана технология, обеспечившая возможность экономически эффективного производства в России высококачественных структур КНИ для микроэлектроники. Технология, названная “DeleCut” (hydrogen irradiated Deleted oxide Cutting), является вариантом метода Smart Cut^®. На технологию DeleCut получен Российский патент [2], изучается также возможность ее патентования в США.

В технологии изготовления КНИ-пластин DeleCut, объединяющей методы гидрофильного соединения [3] и водородного отслоения [4], устранены недостатки прототипа. Соответствие различных методов изготовления КНИ-пластин требованиям СБИС-технологии с проектными нормами 0,1 мкм отражено в табл. 1. Главным достоинством запатентованного метода DeleCut является структурное и электрофизическое совершенство границы сращивания, находящейся между слоем перенесенного кремния и скрытым термическим оксидом Si/SiO₂, что позволило получать слои монокристаллического кремния и оксида толщиной до 3 нм. Метод DeleCut опробован также при создании структур кремний-на-кремнии, перспективных для изготовления силовых приборов и упорядоченных массивов квантовых точек.

Таблица 1. Сравнительные оценки пригодности КНИ-пластин, изготовленных разными методами, для проектной нормы 0,1 мкм

*Параметр*	*Метод изготовления КНИ-пластин*				*Примечания*
*Параметр*	SIMOX	Smart-cut	ELTRAN	DeleCut	*Примечания*
Толщина слоя Si 30-100 нм	хор.	хор.	удовл.	отл.	Имплантация и окисление вместо полировки обеспечивают воспроизводимость толщины
Разброс толщины Si ±5%	отл.	хор.	хор.	отл.	Нет проблем на существующем оборудовании
Плотность дислокаций ≤ 5·10⁴ см^-2	удовл.	удовл.	удовл.	удовл.	ОДУ характерны для всех методов с плотностью 10⁴ см^-2
Плотность HF-дефектов ≤ 1 см^-2	плохо	плохо	хор.	плохо	SIMOX ITOX и ELTRAN достигли 0,1 дефект/см²
Плотность ВОХ-дефектов (Seco) ≤ 1 см^-2	плохо	хор.	отл.	отл.	Включения частиц Si для SIMOX является критическим
Шероховатость Si/BOX ≤ 1 нм	плохо	хор.	хор.	отл.	Шероховатый интерфейс для Si/SiO₂ в SIMOX и атомно плоский для DeleCut
Плотность ВОХ-дефектов (GOI) ≤ 1 см^-2	удовл.	хор.	отл.	отл.	Исходное качество термического оксида для BOX в методе DeleCut
Пригодность для 300-миллиметровых пластин	удовл.	хор.	удовл.	чор.	КНИ Smart Cut поставляется в больших объемах для CPU AMD Hammer
Основные недостатки	Низкий выход, высокие температуры отжига	Мягкая полировка, HF-дефекты	Гидролиз, эпитаксия	HF-дефекты	Расходящиеся по методам технологии, низкий объем рынка для всех методов, за исключением Smart Cut

По технологии DeleCut изготовлены экспериментальные партии КНИ-пластин диаметром 76-150 мм с бездислокационными КНИ-слоями толщиной от 0,01 до 1,8 мкм со скрытым термическим оксидом SiO₂ (0,05-1,9 мкм). Показано, что полученные КНИ-пластины обладают высокими электрофизическими характеристиками, пригодными для создания КМОП СБИС, СВЧ БИС, оптоэлектронных приборов и различных сенсоров (давления, температуры, излучения) [5].

КНИ-структуры в технологии СБИС

С начала семидесятых годов развитие микроэлектронной техники следует закону Мура – производительность микропроцессоров удваивается каждые 18 месяцев. По мнению зарубежных и отечественных специалистов, развитие микроэлектроники будет проходить в направлении дальнейшего уменьшения топологических норм до 30-50 нм, обеспечивая реальный переход к наноэлектронике. Предполагается, что уже к 2008 г. длина каналов КМОП-транзисторов уменьшится до 20-30 нм в большинстве вычислительных систем [6]. В настоящее время размер ключевых элементов интегральных схем быстро приближается к 50 нм. Несмотря на прорыв отдельных фирм (Intel, NEC, Lucent Technology) за область меньше 50 и даже 30 нм, физические и технологические пределы могут существенно затормозить прогресс микроэлектроники, основанный на масштабированном уменьшении размеров элементов в рамках стандартной КМОП-технологии на объемном кремнии [7]. Единственной альтернативой сегодня являются приборы на КНИ-структурах.

Однако переход на новые типы приборов требует обширной деятельности по разработке и проектированию новых библиотечных топологических элементов, технологических процессов, логических элементов и новой архитектуры чипов. Вместе с тем сохраняются возможности адаптации существующих конструктивных и технологических решений стандартной КМОП-технологии к КНИ-подложкам. Сочетание этих двух подходов уже продемонстрировали корпорации IBM, Sony и Toshiba, объявившие в марте 2001 г. о создании корпорации для разработки технологии производства “супер-компьютеров-на-чипе”. Главным материалом таких чипов будут структуры КНИ. Фирма IBM имеет опыт создания и производства трех поколений RISC-процессоров типа RS-6000 на КНИ-пластинах собственного производства (IBM, 1999 г.). Аналогичный альянс создан фирмами Motorola и Advanced Micro Devices (AMD) для адаптации технологии изготовления их 64-разрядных процессоров G4 Power PC и Hammer, выполненных на объемном кремнии, к 0,18-микрометровой КНИ-технологии (Motorola, 2000 г.). В 2002 г. в лидеры вышла фирма AMD Corp., которая на основе лицензионной библиотеки IBM выпустила высокоэкономичный сверхбыстрый процессор Claw-Hammer для переносных персональных компьютеров и серверов, изготовленный на Smart Cut КНИ-пластинах по 0,13-микрометровой технологии (AMD, 2002 г.). Этот процессор на 20-25% производительнее процессора Athlon XP с той же тактовой частотой, хотя и потребляет не большую, чем Athlon XP мощность.

КНИ-структуры в технологии нанотранзисторов

Наиболее перспективными структурами для нанотранзисторов также считаются КНИ-структуры. В мире разработано несколько вариантов конструкций КНИ КМОП-нанотранзисторов. Это классические транзисторы с планарным поликремниевым затвором, транзисторы на ультратонких (до 10 нм) слоях кремния (UT SOI MOSFET), транзисторы с планарным затвором (in-plan-gate - IPG), транзисторы с двойным затвором (double gate – DG), а также транзисторы, использующие технологию опоясывающего затвора (gate all around – GAA) для минимизации последствий накопления заряда в скрытом оксиде, в том числе так называемые “вертикальные” нанотранзисторы.

Использование КНИ-структур позволяет уменьшать длину канала МОП-транзистора до 15 нм (см. например [7]), а дизайн двойного затвора позволяет достичь длины канала 5-6 нм [6]. В КНИ-транзисторе вклады квантовых эффектов не являются доминирующими, и нанотранзистор ведет себя подобно классическому субмикронному КМОП-транзистору кремниевой микроэлектроники. Этот подход был опробован в ИФП СО РАН с использованием стандартной оптической литографии и плазмохимии для достижения размеров менее 100 нм. Были разработаны, изготовлены и исследованы характеристики тестовых полевых КНИ-транзисто-ров и логических элементов с размерами около 100 нм. При толщине отсеченного слоя кремния 100 нм и концентрации бора в нем 5·10 см^-3 классические -канальные транзисторы имеют минимальную длину для канала без смыкания менее 100 нм. В -канальных транзисторах минимальная длина канала без смыкания около 200 нм. Транзисторы показывали классические характеристики с крутизной около 100 и 120 мВ/дек для - и -канальных транзисторов соответственно без заметных “king”-эффектов. Токи утечек транзисторов существенно меньше 10 А при ширине канала 20 мкм [3].

Другим вариантом является переход к неклассическим конструкциям нанотранзисторов [6]. В рамках этого направления в ИФП СО РАН были разработаны, изготовлены и исследованы характеристики полевых КНИ-ланотранзисторов с латеральными затворами и размерами элементов в нанометровом диапазоне [8,9]. При толщине отсеченного слоя кремния 5-50 нм длина канала транзистора уменьшалась до 40-50 нм. Электронная литография сфокусированным электронным пучком при использовании высокомолекулярного полиметилметакрилата ( и ) в качестве резиста позволила изготовить планарные кремниевые (КНИ) полевые транзисторы четырех конструкций. Были изготовлены нанотранзисторы на легированном слое кремния с одним и двумя расщепленными латеральными затворами с минимальными размерами элементов до 20 нм (рис. 1) и на нелегированном канале с дополнительными затворами из титана или поликремния, лежащими над каналом поверх подзатворного оксида толщиной 10 нм (рис.2). Создание дополнительных затворов потребовалось из-за чрезвычайно низких емкостей латеральных затворов при использовании в качестве изолятора двуокиси кремния. Приборы с латеральным затвором обладают прекрасными высокочастотными характеристиками, однако для модуляции сильно легированных каналов требуются напряжения на затворе в десятки и сотни вольт. Альтернативным вариантом для литографического разрешения 10-20 нм является применение в качестве изолятора диэлектриков с большой диэлектрической постоянной (например, SrBaTiO₃).


Рис. 1	Рис. 2

Переход к нанотранзисторам неизбежен для дальнейшего прогресса в информационных технологиях, поскольку только на этом пути в ближайшем будущем возможно изготовление терагерцовых процессоров и терабитных схем памяти.

КНИ-структуры в экстремальной электронике

Интерес к КНИ-структурам вызван не только перспективностью данного материала для миниатюризации ИС и возможностью перехода к нано-технологии. КНИ-поддожки обеспечивают полную электрическую изоляцию отдельных приборов на чипе (рис. 3). Это ведет к целому набору достоинств: увеличение быстродействия, снижение энергопотребления, возможность создания радиационно стойких схем и схем, работающих при высоких температурах (вплоть до 350°С).

Рис. 3

Основными причинами деградации КМОП СБИС при радиационных воздействиях являются поверхностные и межслойные ионизационные эффекты, связанные с накоплением заряда в подзатворных и разделительных диэлектриках, а также на границах раздела Si/SiO₂. Эти эффекты оказывают наибольшее влияние на характеристики МОП-транзисторов в КМОП ультрабольших интегральных схемах (УБИС), ограничивая их работоспособность на уровне до 10³ Гр. Существенное увеличение до 5·10⁵ Гр достигнуто французской фирмой TEMIC при переходе на КНИ-пластины, изготовленные по SIMOX-технологии, и к специальной технологии БиКМОП на КНИ-пластинах (Durci Mixtte Isolant Logico Lineaire – DMILL) [10]. Таким образом, переход на КНИ-структуры весьма эффективен. Данная технология обеспечивает работоспособность КМОП ИС при дозах свыше 10⁵ Гр. Технология двойного вертикального затвора реализована в конце 2001 г. фирмой IBM в виде так называемых “плавниковых” КНИ КМОП-нанотранзисторов с двойным вертикальным затвором (Fin FET, или double vertical gate – DG). Оптимизация новейших КНИ КМОП-технологий и разработка оригинальных конструкций КМОП-нанотранзисторов может обеспечить дополнительные преимущества по иммунитету к ионизирующему излучению по сравнению с DMILL-технологией на SIMOX-пластинах.

Различают конструктивные и технологические методы понижения чувствительности КНИ КМОП УБИС к воздействию ионизирующего излучения. Существуют методы адаптации известных конструктивных и технологических решений стандартной КМОП-технологии к КНИ-подложкам. Этот подход уже продемонстрировали корпорации IBM и AMD Corp. в своих микропроцессорах, изготовленных на КНИ-пластинах по 0,13-микрометровой технологии.

В ИФП СО РАН были изготовлены КНИ-пластины методом DeleCut и на их основе субмикронные (0,5-0,2 мкм) КМОП-транзисторы, элементы логики. Испытания данных транзисторов на радиационную стойкость показали, что чувствительность к гамма-радиации у них значительно ниже (до 10⁵ Гр), чем у радиационностойких КМОП приборов (до 10³ Гр), изготовленных на объемном кремнии. Кроме того, КНИ КМОП-транзисторы сохраняли свои электрические параметры при температурах до 250-300°С.

Были исследованы температурные зависимости токов утечек для - и -канальных транзисторов. Токи утечки измерялись при и В. Токи увеличиваются от 10^-2 до 40 нА при возрастании температуры от 50 до 250°С. Это означает, что схема, содержащая 10⁶ транзисторов, будет потреблять в “горячем” состоянии 40 мА тока в ждущем режиме и расходовать мощность 120 мВт. Измерены затворные характеристики КНИ КМОП-транзисторов В). С повышением температуры до 250°С пороги транзисторов, которые при нормальной температуре составляют около ± 1,4 В, уменьшаются на 0,5 В. Кроме того, почти в 2 раза уменьшается крутизна транзисторов при температурах выше 200°С. Эти изменения не влияют на работоспособность тестовых КНИ КМОП ИС при повышенных температурах.

Были исследованы процессы деградации физических и приборных свойств устройств на КНИ-структурах при спецвоздействиях до доз 10⁵ Гр. Исследования показали [11], что в КНИ-структурах под действием облучения происходит накопление положительного заряда, значение которого больше, чем заряд в МОП-структуре при тех же толщине диэлектрика и дозе облучения. Изменения плотности ловушек в КНИ-структуре при облучении электронами и гамма-квантами практически не наблюдается вплоть до доз 10⁵ Гр. В КНИ КМОП ИС радиационная стойкость растет при уменьшении толщины подзатворного оксида. При толщине подзатворного диэлектрика 12 нм транзисторы практически не меняют своих характеристик при облучении до 10⁴ Гр. При толщине 18 нм изменение порогов уже заметно, но -канальные транзисторы остаются закрытыми при нулевом напряжении на затворе до дозы облучения около 10⁵ Гр. Порог -канальных транзисторов возрастает достаточно мало, что не приводит к их запиранию и выходу схем из строя. Инверторы также остаются работоспособными до дозы около 10⁵ Гр для схем с тонким подзатворным оксидом (рис. 4).

Рис. 4. Изменение статистических характеристик
инвертора при гамма-облучении до доз 10⁵ Гр

Причиной выхода из строя части схем при дозе облучения выше 3·10⁴ Гр является отпирание тылового -канального транзистора. Для повышения радиационной стойкости схем необходимо подавать запирающее напряжение на подложку. При отрицательном напряжении на подложке - 10 В транзисторы и схемы остаются работоспособными до доз 10⁵ Гр. Предложены технологические и схемотехнические решения, позволяющие расширить эксплуатационные режимы КНИ ИС выше 300°С и дозы 10⁵ Гр.

КНИ КМОП ИС с полностью изолированными транзисторами обладают иммунитетом к воздействию электромагнитного импульса и однократному воздействию сильно ионизирующих частиц. В них отсутствует эффект защелкивания [10]. Эти достоинства делают КНИ СБИС перспективными приборами для использования в бортовых системах военной и космической техники.

Высокочастотные приборы на КНИ-структурах

В последнее время наблюдается быстрый рост числа устройств беспроводной связи. Катализатором этого процесса явилось развитие мобильной, а в последующем цифровой сотовой связи, с одной стороны, и переносных компьютеров с периферией и стационарными компьютерами, с другой. К настоящему времени цифровые технологии и протоколы обменов для такого рода устройств (например, WiFi или Bluetooth), позволяющие объединять в сложные многоуровневые системы большинство устройств беспроводной связи. Эксперты предсказывают бурный рост этого сегмента рынка в ближайшие пять лет. Например, периферийные устройства с гигагерцовым радиоканалом (2-6 ГГц) на гибридных НЕМТ-транзисторах на GaAs появились только в прошлом году, но уже сегодня в мире их насчитывается около 50 млн. По прогнозам, число устройств с беспроводной связью превысит в 2005 г. 1,5 млрд.

В настоящее время этот рынок обеспечен гибридными 10-20-долларовыми ИС на GaAs и SiGe с низким уровнем интеграции. Это автоматически ведет к удорожанию устройств с радиоканалом на 30-100 долл. Требуется разработка СБИС и УБИС со встроенным радиоканалом, удорожающим все устройство не более чем на 5 долл. Специалисты фирм Honeywell и Oki Corp. отдают предпочтение КНИ СБИС [12,13]. Для СБИС с радиоканалом опорная подложка КНИ-структуры должна быть из высокоомного кремния, выращиваемого методом бестигельной зонной плавки (БЗП). Такой материал обладает поглощением СВЧ излучения на уровне 0,05 дБ/мм в сравнении с полуизолирующим GaAs – 0,03 дБ/мм (табл. 2, [13]). На рис. 5 представлены графики потерь СВЧ излучения в объемном кремнии, стандартных КНИ ИС и оптимизированных КНИ ИС на высокоомных подложках.

Таблица 2. Потери СВЧ мощности в микрос триповых линиях на подложках, подобных арсениду галлия и КНИ-подложках с различным удельным сопротивлением

*Подножка*	*Удельное сопротивление, Ом·см*	*Потери, дБ/мм*
Полуизолирующий GaAs	10⁶	0,03
Низкоомная	50	0,54
Высокоомная	10³	0,05

Рис. 5. Частотная зависимость ослабления
мощности перекрестных наводок [13]

В ИФП СО РАН на основе высокочистого БЗП-кремния собственного производства изготовлены высокоомные КНИ-структуры [14,15]. Продемонстрировано сохранение свойств исходного кремния в процессе изготовления КНИ-структур методом DeleCut [14], показана стабильность и малый разброс параметров электрофизических и приборных свойств КНИ-структур на БЗП-кремнии в ходе терморадиационных обработок [15].

Мы предполагаем, что именно сегмент рынка КНИ, связанный с производством сетевых КНИ СБИС беспроводной связи окажется локомотивом для массового применения КНИ-пластин в микроэлектронике.

Оптоэлектронные ключи, актюаторы и сенсоры на КНИ-структурах

КНИ-структуры давно привлекали внимание разработчиков оптоэлектронных и микроэлектромеханических систем (МЭМС). Большая разница в оптических коэффициентах преломления для Si и SiO₂ (6,55 и 1,46 для лазера на парах иода при 383; 3,44; 1 мкм, для светодиодов с эрбием при мкм) и низкие потери в волноводах (0,1 дБ/см) делают эту систему универсальной для большинства оптоэлектронных приложений: мультиплексоров, демультиплексоров, триггеров, усилителей и электрически управляемых дифракционных решеток (см. например, обзор [16]). В отличие от волноводов на стекле, использование диапазона 1,3-1,6 мкм делает высокопроизводительные волноводные схемы полностью совместимыми с существующими КМОП СБИС и УБИС.

Огромная разница в скоростях избирательного травления для Si и SiCO₂ (до 10⁶) [17] и совместимость с высокоразрешающей интегральной МОП-технологией упрощают методы создания МЭМС. Особенно перспективны для этих двух приложений многослойные КНИ-структуры, поскольку они открывают прямой путь к трехмерной интеграции в оптоэлектронных и микросистемных устройствах [18].

Отличительная особенность сенсоров на КНИ-структурах – низкий уровень шумов в широком диапазоне рабочих температур. Накопленный в ИФП СО РАН опыт разработки и создания датчиков давления, газовых потоков и температур на КНИ-структурах [19] показал также возможность двух – трехкратного увеличения эксплуатационных диапазонов сенсорных устройств. Возможность их интеграции с операционными усилителями, ЦАТТ и АЦП на КНИ-структурах позволяет разрабатывать уникальные кремниевые “песчинки”, способные автономно собирать информацию о параметрах окружающей среды в труднодоступных местах и в экстремальных условиях и передавать ее в “интеллектуальные” сети сенсоров и актюаторов [20].

КНИ-структуры для систем-на-чипе

Предполагается, что КНИ-структуры найдут широкое применение в большинстве необходимых для практики сравнительно недорогих однокристальных КНИ-микросистемах, ориентированных на различные применения в любых климатических условиях, на относительно невысокую при этом стоимость, высокую эффективность и надежность работы. Отличительной особенностью таких микросистем будут интегрированные функции оптической и радиосвязи и наличие интегрированных сенсоров и актюаторов [20].

Особенно перспективным, по нашему мнению, является использование в КНИ-структурах в качестве подложек пластин БЗП-кремния. Высокоомная БЗП-подложка в сочетании с декананометровым приборным слоем, отсеченным от нее тонким скрытым оксидом, позволит производить КНИ СБИС и УБИС типа систем-на-чипе со встроенным гигагерцовым радиоканалом для беспроводных сетевых технологий.

Заключение

Проведенные исследования свойств КНИ-структур, КНИ-сенсоров, КНИ МОП-транзисторов и интегральных схем позволяют предложить технологию DeleCut в качестве базовой промышленной технологии производства КНИ-пластин и КНИ-микросхем с глубоко субмикронными топологическими нормами.

Актуальность поисковых исследований и разработки технологий изготовления КНИ-нанотранзисторов и интегральных схем определяется прежде всего тем, что в обозримом будущем прогнозируется разработка и производство на основе КНИ-структур новейших интеллектуальных систем гигагерцового и терабитного диапазонов интегрированными функциональными возможностями беспроводной и волоконно-оптической связи, сенсорами и актюаторами.

Высокопроизводительные БиКМОП СБИС и УБИС на основе КНИ-структур являются прорывной технологией, имеющей двойное применение. Их разработка и реализация в России позволит:

· создать отечественные межвидовые комплектующие изделия на основе КНИ-структур, не уступающие мировому уровню;

· обеспечить новый технологический уровень для широкого класса устройств микроэлектроники, интегральной оптоэлектроники и микросистемной техники.

Применение разрабатываемых методов и средств позволит в 10 и более раз сличить производительность и терморадиационную стойкость оптоэлектронных компонентов, в 2-3 раза увеличить их эксплуатационный диапазон по температурам, на 25-30% снизить энергопотребление и уменьшить в 2-10 раз массогабаритные показатели.

Список литературы

1. Bruel M. Silicon on insulator material technology // Electron. Lett. 31, 1201 (1995).

2. Попов В.П., Антонова И.В., Стась Ф.В., Миронова Л.В. Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе // Патент РФ № 2164719. Приоритет от 27.09.99. Получен 27.03.2001.

3. Stengl R., Gösele U. Method for bubble-free bonding of silicon wafers // U.S. Patent N US5024723 from 11/1989.

4. Реутов В.Ф., Ибрагимов Ш.Ш. Способ изготовления тонких пластин кремния // Авторское свидетельство СССР № 1282757 от 30.12.1983.

5. Попов В.П., Антонова И.В., Французов А.А., Наумова О.В., Сапожникова Н.В. Кремний-на-изоляторе: материал и приборные структуры // Микросистемная техника. 2001. № 10. С. 35-43.

6. International Technology Roadmaps for Semiconductors (ITRS-01), November 2001, Santa-Clara, Calif., USA, 2001.

7. Chau R., Kavalieros J., Schenker R., Roberds В., Lionberger D., Barlage D, Doyle В., Arghavani R. and Murthy A. Abstracts of Session 3: CMOS Devices-Sub-50nm Devices. In: Abstracts of International Electron Device Meeting (IEDM-2000) // Technical Program, San-Francisco (2000).

8. Hastaushev Y.V., Gavrilova T.A., Kachanova M., Nenasheva L., Kolosanov V.A., Naumova O.V., Popov V.P., Aseev A.L. 20-nm Resolution of electron litography for the nano-devices on ultrathin SOI film // Materials Science and Engineering C. 2002. V. 19. P. 189-192.

9. Настаушев Ю.В., Гаврилова Т.А., Асеев А.Л., Колосанов В.А., Качанова M.M., Ненашева Л.А., Антонова И.В., Наумова О.В., Попов В.П. Применение электронной литографии для изготовления кремниевых (КНИ) устройств наноэлектроники // Микроэлектроника (в печати).

10. Radiation // TEMIC Semiconductors. June 1999. P. 1-5.

11. Артамонов А.С., Никифоров А.Ю., Согоян А. В., Французов А.А., Попов В.П. Экспериментальное исследование радиационного поведения SMART-CUT КНИ-структур // ВАНТ, Научно-технический сборник Радиационная стойкость электронных систем (“Стойкость-2001”). 2001. Вып. 4. С. 37-38.

12. Fukudo Y., Ito S., Ito M. SOI-CMOS device technology // OKI Technical Review 2001. № 185. V. 68. P. 54-57.

13. Yue J., Kriz J. SOI CMOS technology for RF system-on-chip application // Microwave Journ., Jan. 2002.

14. Antonova I.V., Neustroev E.P., Popov V.P., Stas V.F., Obodnikov V.I. Donor center formation in hydrogen implanted silicon // Physica B. 1999. V. 70. № 1 & 2. P. 1-5.

15. Popov V.P., Antonova I.V., Stas V.F., Mironova L.V., Neustroev E.P., Gutakovskii A.K., Franzusov A.A., Feofanov G.N. Structural and Electrical Properties of Silicon On Insulator Structures Manufactured on FZ-and Cz-Silicon by Smart-Cut Technology // P. L. F. Hemment (eds.). Perspectives, Science and Technologies for Novel SOI Devices, Kluwer. 2000. P. 47-54.

16. Jalali В., Yegnanarayanan S., Yoon Т., Yoshimoto Т., Rendina I., Coppinger F. Advances in silicon-on-insulator optoelectronics // IEEE Journ. of Selected Topics in quntum electronics. 1998. V. 4. № 6. P. 938-947.

17. Tong Q.-Y., Gosele U. Semiconductor wafer bonding: science and technology. John Wiley and Sons, Inc., N.-Y. 1999. 297 p.

18. Current M.I., Farrens S.N., Fuerfanger M., Rang S., Kirk H.R., Malik I.J., Feng L., Henley F.J. Atomic-Layer Cleaving and Non-contact Thinning and Thickening for Fabrication of Laminated Electronic and Photonic Materials // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 2001. V. 681E.

19. Гридчин В.А., Любимский В.М., Неизвестный И.Г., Попов В.П., Антонова И.В., Придании Н.Б., Ободников В.И. Создание тензорезистивных сенсоров на основе сильно легированных бором структур кремний-на-изоляторе // Материалы II Российской конференции “Кремний-2000”, февраль 2000.

20. Gelsinger P.P. Expanding Moore's law. Intel Developer Forum, Spring 2002.

Наверх